空间目标红外辐射测量系统标定技术

为实现对空间目标红外辐射进行定量测量,需要解决红外辐射测量系统的标定问题。针对常规标定方法对大口径红外辐射测量系统标定存在的不足,在对其测量原理分析的基础上,提出了一种内置黑体标定与天文恒星标定相结合的新方法。采用内置黑体作为标准辐射源对匹配镜组和探测器进行标定,采用恒星标准辐射源对大口径主光学系统透过率进行标定,并推导出了红外辐射测量系统整体的响应关系。试验验证表明,该方法与传统的全孔径标定方法相比,曲线斜率误差在4%以内,具有操作简单易行、标定系统的研制难度低、标定效率高等优点。     

基于高温黑体的傅里叶光谱测量系统响应度分段线性标定

傅里叶红外光谱仪（FTIR）光谱响应度的标定工作是FTIR红外光谱精准测量的基础。基于中国计量科学研究院（NIM）的ThermoGage HT9500型高温基准黑体辐射源,对NIM搭建的FTIR高温黑体红外辐射特性测量系统的光谱响应度,通过分段线性标定法进行了标定实验。建立并描述了FTIR测量高温黑体红外辐射特性系统响应度函数标定模型,并通过测量的黑体辐射源在1 273~1 973 K温区、1~14 m宽频谱内的红外光谱,对FTIR测量系统的光谱响应度进行了标定实验研究。结果表明:分段线性标定FTIR红外光谱测量系统方法具有良好可靠性。1 373~1 873 K温区的测量光谱与基于黑体标定的计算光谱在1~14 m频谱内平均偏差优于1%,黑体光谱辐射亮度峰值波长上反演得到的黑体计算温度与实际温度偏差优于0.45%。     

一种简易红外标定系统的设计

针对目前红外辐射特性测量系统标定方法中实验室标定和工程实践标定中存在的问题,设计了一种适合野外实际应用的简易红外标定系统,建立了一种非线性红外标定响应模型,深入分析了标准辐射源等关键指标,并设计了其相应的标定辅助系统。采用该标定方法搭建了相应的红外辐射标定系统进行了实验,将获取结果与实验室标定结果进行了对比,结果表明:设计的红外标定系统具有较高精度,且简便、易行,适用于目标红外辐射特性测量和标定。     

红外探测器的漂移特性对测温精度的影响

介绍了基于黑体标定的目标表面温度测量系统的系统组成及测量原理,利用黑体对红外探测器标定得到表面温度的测量曲线.分析了红外探测器的漂移特性,拟合漂移曲线并对探测器的能量漂移进行补偿.对一个温度可控的面辐射源进行测温实验,比较漂移补偿前后的测温数据,补偿后的测温精度得到了明显的提高.     

红外辐射测量系统外场标定方法及飞行目标亮度反演方法

对于外场红外辐射特性测量设备,标定建立了输出灰度和输入能量之间的对应关系。通过构建中心红外系统外场标定体系,分析了直接扩展源标定、间接扩展源标定、小面元黑体近距离成像标定的能量传递过程、标定试验过程以及3种标定方法得到的系统响应度和系统底灰度的物理含义,指出了它们的相同和不同之处,进行了一致性分析。给出了采用标定数据计算飞行目标亮度的方法并提出了中距离外场红外辐射测量实验方法,对大气透过率软件和标定方法进行验证。     

大口径中波红外辐射特性测量系统标定

文中设计采用面源黑体对大口径中波红外辐射特性测量系统进行辐射标定,通过改变探测器积分时间的方式提高系统红外辐射强度测量的动态范围,得到全系统基于积分时间变量的辐射标定公式.分析了探测器像元的饱和特性,得到了像元的饱和边界条件.边缘像元的动态范围相对于中心像元扩大近50％.在1-3 ms积分时间范围内,探测器像元响应灰度...     

被动式红外光谱仪标定方法的对比研究

采用加拿大BOMEN公司生产的MR--254型傅里叶变换红外(Fourier Transform InfraRed, FTIR)光谱仪,探讨了 标定方法对被动式红外光谱仪辐射测量精度的影响。以温度范围为50～1000℃的高温黑体 和温度范围为300～1700℃的超高温黑体作为标准辐射体,分别采用线性和非线性多点校准法 对光谱仪进行了标定。结果表明,采用多点非线性校准法的校准结果更加精确,其校准后的辐射谱 与理论辐射谱之间的平均相对偏差为0.6%。     

一种适用于外场条件的红外系统分区域标定方法

为了减小全画幅平均红外标定引起的非均匀性误差,主要探究一种适用于外场条件的红外系统分区域标定方法。首先对增益系数矩阵进行估计,然后利用估计矩阵对标定区域进行划分,最后利用最小二乘法分别对不同区域进行标定,得到增益系数标定矩阵。通过开展大口径地基红外测量系统标定实验,对本文方法进行精度验证。结果表明,与传统方法相比,通过本文方法得到的标定方程进行目标辐射亮度反演时,平均相对误差减小13.07%,平均误差偏离度减小0.2877。该方法对于整个画幅标定精度更高,目标特性反演准确性显著提升,可为红外系统标定的实际工程应用提供有益的参考和借鉴。     

基于标准黑体的物体表面发射率计算方法研究

红外测温仪器的精度和被测物体表面的发射率对测量物体红外辐射特性的准确性影响很大。为了提高物体表面发射率的计算精度,先通过标准黑体对红外热像仪进行标定。然后,利用标定好的红外热像仪测量温度,计算出被测物体表面的发射率。将基于神经网络的红外热像仪标定方法应用到目标发射率的求解方法中,有效地消除了热像仪的系统误差。测试装置简单,测试结果准确。同时,温度和发射率的精确测量为红外隐身材料的研制奠定了基础。     

精密黑体辐射标准源

在红外技术中,黑体是一种有用的热辐射参考源,红外器件参数检测和红外整机性能评价的精度和一致性,很大程度上均依赖于辐射数据的准确性。经验指出,制造一个具有达到黑体特性的辐射标准源,比建造任何相同精度的非黑体源(如标准灯等)简单得多。因此黑体辐射标准源,广泛用于辐射仪器绝对测量的标定;用于标定红外热象仪和红外测温仪的温度;用于标定红外辐射计、红外和激光能量计、功率计的辐射能量和辐射功率;用于标定光度计、高温计的辐射功率和辐射温度等。辐射源的光谱辐射度分布应符合不同温度     

红外成像系统响应光谱非均匀性的理论分析

基于黑体标定的非均匀性校正方法在凝视红外成像系统中被广泛应用,但在面对天空背景成像或者高速飞行器上透过高温光学窗口观察常温目标两种情况下,出现了黑体标定不适用的现象。为此通过分析红外成像系统的响应特性,提出了响应光谱非均匀性的概念,指出了黑体标定法具有场景光谱分布依赖的特征。同时,分析了响应光谱非均匀性产生的原理,包括内外两方面原因。内在因素是红外探测器不同像元的量子效率随光谱变化存在差异,外在因素是应用场景的辐射光谱分布与黑体相差较大。在此基础上,给出了解决响应光谱非均匀性的建议。     

一种大型黑体辐射源测控系统的设计

为了满足近年来国内飞速发展的红外测控的定标需求,设计出了一种能满足更宽大视场角以及更高分辨率红外探测系统的测控定标用黑体辐射源的测控系统。采用7075冷处理锻压合金制成该大型黑体辐射源的面本体黑体辐射面,其有效辐射面积达到1200 mm×1200 mm。对于该尺寸的大型黑体辐射源,国内并没有现成的测控控制方法与手段来验证其技术指标是否达到设计要求。根据大型黑体的主要技术指标要求,给出了黑体测控及控制方法,并通过实际测控取得的数据验证了黑体测控系统的准确性。     

GF5B热红外通道星上定标与验证

以GF5B卫星发射前实验室定标为基础,采用星上0级黑体定标数据,建立了适用于GF5B热红外通道的星上绝对辐射定标模型。通过对2022年01月12日星上黑体定标数据进行处理,获得成像仪热红外通道的绝对辐射定标系数。对星上定标系统精度进行分析,并采用地面同步烟台浮标数据对定标结果进行精度验证,结果表明,在轨后星上定标系统的绝对定标精度为0.9 K;星地验证结果显示B11和B12通道亮温的偏差分别为0.33、0.77 K。说明基于星上黑体的定标方法具有较好的精度,定标结果可靠,可满足遥感数据定量化应用的需要,为实时准确获取热红外通道定标系数提供了方法借鉴。     

基于加权最小二乘的红外热像仪的标定

目前,人们在对红外热像仪进行辐射标定时,普遍采用精度不太理想的最小二乘法.为减少热像仪的系统随机误差、环境波动和黑体温度不稳定等因素对标定结果的影响,提高标定模型的精度,建立了基于加权最小二乘的红外热像仪标定模型,并分别基于加权最小二乘法与最小二乘法进行了标定实验和辐射测量实验.实验结果表明,基于加权最小二乘的标定模型的拟合精度更高,其在辐射测量实验中的平均测量精度比基于最小二乘的平均测量精度提高了2.3％.基于加权最小二乘的红外热像仪的标定具有较强的实用价值和一定的借鉴意义.     

真空低温环境下超大面源黑体现场校准技术

红外辐射面源黑体应用于特定红外特性目标的模拟,各种红外探测、制导系统的外场测试。随着空间应用的红外成像器的口径的增大,红外辐射面源的口径也相应增大,为了保证超大辐射面黑体的性能指标满足要求,必须对其在真空低温条件下进行性能校准。但目前国内还没有相应计量标准,无法保证测试结果的准确可靠。设计了一种真空低温环境下超大面源黑体现场校准装置,实现对超大面源黑体的发射率、辐射温度、温场均匀性、温度稳定性等性能参数的校准,并取得了较好的试验结果,实现了真空低温环境下超大面源黑体的参数校准。     

大气与环境影响分析的红外比色测温方法

传统的比色测温法通常利用可见光和近红外波段,对距离较近的高温目标具有较高的测量精度,而对距离较远的中低温目标无法精确测量。针对传统比色方法适用局限性,提出考虑大气和环境影响的红外比色测温方法,建立基于中波红外相机的比色测温实验系统。首先使用标准黑体进行中波红外相机和比色系统单波段定标;然后推导加入环境辐射参数的比色测量模型,进而建立新的目标辐射亮度比值与目标温度间的函数关系;最后,进行了实验室内自制灰体目标温度测量实验,验证了提出方法的可行性。实验表明:在实验温度范围内,温度绝对误差和相对误差分别小于4 ℃和6.7%,目标辐射亮度测量精度高于10%,考虑大气与环境影响的比色测温方法可实现中低温目标温度精确测量。     

一种可提高红外热像仪测温精度的算法

传统的红外热像仪测温算法具有测温精度低,测得的温度值不是目标物体的真实温度等缺点.从红外热像仪的测温原理入手,重点介绍了产生上述缺点的原因,并分析了黑体标定测温算法的不足之处.在此基础上提出了一种红外热像仪精确测温算法.通过在传统的黑体标定测温算法中引入差值查表标定、测温预处理和真实温度换算等环节,提高了热像仪的测温精...     

红外热像仪高精度测温标定技术

红外热像仪能够监测目标温度从而起到事故预警与位置确认、大规模人体表面温度筛查等作用。由于环境温度变化与红外辐射吸收产生的温度漂移现象,目前大部分测温红外热像仪需要采用黑体进行实时校正,但是基于黑体的红外热像仪架设场景固定,便携性差。针对以上问题提出了一种无黑体式红外热像仪测温标定和温度补偿技术,通过对红外测温原理进行推导,采用多黑体标定获得目标温度与辐射量的先验关系,针对探测器内部结构引起温度漂移,由牛顿冷却定律进行非线性建模实现实时温度补偿。通过实验验证,所提出的测温标定技术可将测温平均相对误差长时稳定保持在0.9%以内,相比于标定前平均相对误差有效降低64%,从而实现小型化红外热像仪便携、实时、稳定高精度测温。     

考虑积分时间变量的红外系统辐射响应定标

辐射定标是红外系统辐射特性测量的基础。文中采用间接扩展源法对红外系统进行定标,分析了红外焦平面阵列探测元的响应模型以及响应特性与目标黑体辐射、积分时间的关系。提出了采用最小二乘法拟合得到红外焦平面像元响应灰度值对辐射量和积分时间的响应函数的定标算法。通过分析不同环境温度下的响应函数,进一步验证了其有效性。该方法可简化定标过程,节省定标时间。定标方程不仅可用于定量分析辐射定标的影响因素,而且有利于动态范围较大时的辐射测量。